【正文】 圖、電路圖、光路圖、相關說明等表格。）特別說明：預習報告為預習時寫的實驗報告，不一定冠名“預習”。如果預習實驗報告1～4項內(nèi)容書寫完整規(guī)范，整齊清晰，可以作為實驗報告的一部分。撰寫實驗報告時可以在此基礎上續(xù)加其他內(nèi)容。下面以“拉伸法測鋼材的楊氏模量”這一實驗項目為例，具體說明實驗預習的主要內(nèi)容。首先根據(jù)實驗目的和實驗內(nèi)容要求，有針對性地閱讀教材，重點思考和解決如下問題： （1）什么是楊氏彈性模量？ （2）測量楊氏模量的計算公式如何？（3）通過楊氏模量的計算公式明確要測量哪些物理量？這些物理量如何測量？ （4）實驗測量中用到什么測量方法？ （5）實驗中的數(shù)據(jù)如何記錄和處理？實驗5－3 拉伸法測鋼材的楊氏模量（1）學會拉伸法測量楊氏彈性模量的基本原理和實現(xiàn)方法。 （2）掌握用光杠桿法測量微小伸長量的原理和方法。 （3）學會用逐差法處理實驗數(shù)據(jù)。（通過實驗目的可以知道本實驗中要用到幾種測量長度的器具，要提前預習使用方法，并且要熟悉“光杠桿”測微小長度變化的方法以及用逐差法處理數(shù)據(jù)。)（1）什么是楊氏彈性模量設鋼絲截面積為s，長為l。若沿長度方向施以外力f使鋼絲伸長△l，則比值f／s 是單位截面上的作用力，稱為應力；比值△l/l 是物體的相對伸長量，稱為應變，表示物體形變的大小。根據(jù)胡克定律，在物體的彈性限度內(nèi)，應力與應變成正比式中比例系數(shù)e的大小，只取決于材料本身的性質，與外力f、物體原長l 及截面積s 的大小無關，叫做楊氏模量。（所以實驗當中需要測量f、l、s或d、δl幾個量才能計算出楊氏模量，究竟如何測量呢？）（2） 用光杠桿法測量微小長度變化量δl 光杠桿結構如圖1所示，光杠桿是一個帶有可旋轉的平面鏡的支架，平面鏡的鏡面與三個足尖決定的平面垂直，其后足即杠桿的支腳與被測物接觸，當杠桿支腳隨被測物上升或下降微小距離δl時，鏡面法線轉過一個φ 角，而入射到望遠鏡的光線轉過2φ角，如圖2 所示。當φ 很小時，有圖1 光杠桿結構式中k為支腳尖到刀口的垂直距離(也叫光杠桿的臂長)。根據(jù)光的反射定律，反射角和入射角相等，故當鏡面轉動φ 角時，反射光線轉動2φ 角，由圖2可知式中d 為鏡面到標尺的距離，l 為從望遠鏡中觀察到的標尺移動的距離（設長度變化前望遠鏡中的叉絲橫線讀出標尺上相應的刻度值為x，當長度變化兩次讀數(shù)差為l =式（4）得微小伸長量為ld圖2 光杠桿原理kl 2d（3）測定鋼絲楊氏模量的理論公式由式（2）和式（5）可得實驗測定鋼絲楊氏模量的理論公式為e?8fld?d2kl楊氏模量測定儀、光杠桿、望遠鏡尺組、米尺、千分尺等。（應該在下面閱讀中仔細查閱楊氏模量測定儀、千分尺的結構及使用方法如楊氏模量儀中光杠桿及其測微小長度變化的原理、千分尺的讀數(shù)方法；并思考如何選擇上面幾種測量儀器。）（1）調整楊氏模量儀（2）光杠桿及望遠鏡尺組的調節(jié)（3）測量相應物理量（4）逐差法處理數(shù)據(jù)（實驗中要注意光杠桿（望遠鏡、平面鏡、標尺）的調節(jié)，特別注意如何消除十字叉絲像和標尺像的視差；千分尺的讀數(shù)（注意初末位置的讀數(shù)），初步理解不同量如何選擇相應測量儀器的方法。）大學物理實驗報告篇十一摘要：熱敏電阻是阻值對溫度變化非常敏感的一種半導體電阻，具有許多獨特的優(yōu)點和用途，在自動控制、無線電子技術、遙控技術及測溫技術等方面有著廣泛的應用。本實驗通過用電橋法來研究熱敏電阻的電阻溫度特性，加深對熱敏電阻的電阻溫度特性的了解。關鍵詞：熱敏電阻、非平衡直流電橋、電阻溫度特性熱敏電阻是根據(jù)半導體材料的電導率與溫度有很強的依賴關系而制成的一種器件，其電阻溫度系數(shù)一般為（~+）℃1。因此，熱敏電阻一般可以分為:ⅰ、負電阻溫度系數(shù)（簡稱ntc）的熱敏電阻元件常由一些過渡金屬氧化物（主要用銅、鎳、鈷、鎘等氧化物）在一定的燒結條件下形成的半導體金屬氧化物作為基本材料制成的，近年還有單晶半導體等材料制成。國產(chǎn)的主要是指mf91~mf96型半導體熱敏電阻。由于組成這類熱敏電阻的上述過渡金屬氧化物在室溫范圍內(nèi)基本已全部電離，即載流子濃度基本上與溫度無關，因此這類熱敏電阻的電阻率隨溫度變化主要考慮遷移率與溫度的關系，隨著溫度的升高，遷移率增加，電阻率下降。大多應用于測溫控溫技術，還可以制成流量計、功率計等。ⅱ、正電阻溫度系數(shù)（簡稱ptc）的熱敏電阻元件常用鈦酸鋇材料添加微量的鈦、鋇等或稀土元素采用陶瓷工藝，高溫燒制而成。這類熱敏電阻的電阻率隨溫度變化主要依賴于載流子濃度，而遷移率隨溫度的變化相對可以忽略。載流子數(shù)目隨溫度的升高呈指數(shù)增加，載流子數(shù)目越多，電阻率越小。應用廣泛，除測溫、控溫，在電子線路中作溫度補償外，還制成各類加熱器，如電吹風等。【實驗裝置】fqj—ⅱ型教學用非平衡直流電橋，fqj非平衡電橋加熱實驗裝置（加熱爐內(nèi)置mf51型半導體熱敏電阻（）以及控溫用的溫度傳感器），連接線若干?！緦嶒炘怼扛鶕?jù)半導體理論，一般半導體材料的電阻率和絕對溫度之間的關系為（1—1）式中a與b對于同一種半導體材料為常量，其數(shù)值與材料的物理性質有關。因而熱敏電阻的電阻值可以根據(jù)電阻定律寫為（1—2）式中為兩電極間距離，為熱敏電阻的橫截面。對某一特定電阻而言，與b均為常數(shù)，用實驗方法可以測定。為了便于數(shù)據(jù)處理，將上式兩邊取對數(shù)，則有（1—3）上式表明與呈線性關系，在實驗中只要測得各個溫度以及對應的電阻的值，以為橫坐標，為縱坐標作圖，則得到的圖線應為直線，可用圖解法、計算法或最小二乘法求出參數(shù)a、b的值。熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)下式給出（1—4）從上述方法求得的b值和室溫代入式（1—4），就可以算出室溫時的電阻溫度系數(shù)。熱敏電阻在不同溫度時的電阻值，可由非平衡直流電橋測得。非平衡直流電橋原理圖如右圖所示，b、d之間為一負載電阻，只要測出，就可以得到值。當負載電阻→，即電橋輸出處于開路狀態(tài)時，=0，僅有電壓輸出，用表示，當時，電橋輸出=0，即電橋處于平衡狀態(tài)。為了測量的準確性，在測量之前，電橋必須預調平衡，這樣可使輸出電壓只與某一臂的電阻變化有關。若rrr3固定，r4為待測電阻，r4=rx，則當r4→r4+△r時，因電橋不平衡而產(chǎn)生的電壓輸出為：（1—5）在測量mf51型熱敏電阻時，非平衡直流電橋所采用的是立式電橋，且，則（1—6）式中r和均為預調平衡后的電阻值，測得電壓輸出后，通過式（1—6）運算可得△r，從而求的=r4+△r。根據(jù)表一中mf51型半導體熱敏電阻（）之電阻~溫度特性研究橋式電路，并設計各臂電阻r和的值，以確保電壓輸出不會溢出（本實驗=，=）。根據(jù)橋式，預調平衡，將“功能轉換”開關旋至“電壓“位置，按下g、b開關，打開實驗加熱裝置升溫，每隔2℃測1個值，并將測量數(shù)據(jù)列表（表二）。表一mf51型半導體熱敏電阻（）之電阻～溫度特性溫度℃253035404550556065電阻ω2700222518701573134111601000868748表二非平衡電橋電壓輸出形式（立式）測量mf51型熱敏電阻的數(shù)據(jù)i12345678910溫度t℃根據(jù)表二所得的數(shù)據(jù)作出～圖，如右圖所示。運用最小二乘法計算所得的線性方程為，即mf51型半導體熱敏電阻（）的電阻～溫度特性的數(shù)學表達式為。通過實驗所得的mf51型半導體熱敏電阻的電阻—溫度特性的數(shù)學表達式為。根據(jù)所得表達式計算出熱敏電阻的電阻～溫度特性的測量值，與表一所給出的參考值有較好的一致性，如下表所示：表三實驗結果比較溫度℃253035404550556065參考值rtω2700222518701573134111601000868748測量值rtω2720223819001587140812321074939823相對誤差%從上述結果來看，基本在實驗誤差范圍之內(nèi)。但我們可以清楚的發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，電阻值變小，但是相對誤差卻在變大，這主要是由內(nèi)熱效應而引起的。在實驗過程中，由于利用非平衡電橋測量熱敏電阻時總有一定的工作電流通過，熱敏電阻的電阻值大，體積小，熱容量小，因此焦耳熱將迅速使熱敏電阻產(chǎn)生穩(wěn)定的高于外界溫度的附加內(nèi)熱溫升，這就是所謂的內(nèi)熱效應。在準確測量熱敏電阻的溫度特性時，必須考慮內(nèi)熱效應的影響。本實驗不作進一步的研究和探討。實驗小結通過實驗，我們很明顯的可以發(fā)現(xiàn)熱敏電阻的阻值對溫度的變化是非常敏感的，而且隨著溫度上升，其電阻值呈指數(shù)關系下降。因而可以利用電阻—溫度特性制成各類傳感器，可使微小的溫度變化轉變?yōu)殡娮璧淖兓纬纱蟮男盘栞敵?，特別適于高精度測量。又由于元件的體積小，形狀和封裝材料選擇性廣，特別適于高溫、高濕、振動及熱沖擊等環(huán)境下作溫濕度傳感器，可應用與各種生產(chǎn)作業(yè)，開發(fā)潛力非常大。